Деформируемые сплавы. Литейные сплавы. Порядок выполнения работы. Содержание отчета. Задания к лабораторной работе

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 38Следующая ⇒

Деформируемые сплавы

Область составов деформируемых сплавов простилается от алюминия до сплавов вблизи точки предельной растворимости (см. рис. 12.1).

В этом состоянии главная структурная составляющая деформируемых сплавов – дендриты a-раствора на базе алюминия. Под микроскопом обычно видны границы светлых дендритных ячеек. По этим границам располагаются двойные, тройные и более сложные эвтектики и фазы перитектического про- исхождения.

К избыточным фазам, образованным основными легирующими эле- ментами и алюминием и наиболее часто встречаемым в структуре слитков, относятся Mg₂Si, CuAl₂, Al₃Mg₂, MgZn₂.

Деформируемые сплавы подразделяют на термически неупрочняемые и термически упрочняемые.

К первой группе относятся технический алюминий, сплавы на основе

Al–Mn и сплавы на основе Al–Mg.

Марки технического алюминия: АД00 (99,7 % Al), АД0 (99,5 % Al),

АД1 (99,3 % Al).

В таких сплавах отсутствуют специально введенные легирующие эле- менты, но содержатся примеси, в которых главные – железо и кремний. При- меси в значительной степени снижают пластические свойства алюминия и сплавов. В настоящее время по специальной технологии получают алюминий более высокой чистоты – алюминий марок АВЧ (АСВЧ).

Сплавы на основе системы Al–Mg содержат 2–7 % Mg. Сплавы АМг (2–2,8 % Mg), АМг 6 (5,8–6,8 % Mg) и др. обладают по сравнению с другими алюминиевыми сплавами самым высоким пределом усталости.

Сплавы на основе системы Al–Mn (АМц) в отожженном состоянии ха- рактеризуются высокой пластичностью, но малой прочностью (s_в = 110 МПа;

d = 30 %).

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся слож- ные алюминиевые сплавы на основе тройных и многокомпонентных систем: сплавы на основе Al–Cu–Mg, называемые дуралюминами: Д1, Д16, Д18; В65. Ковочные сплавы системы Al–Cu–Mg–Si (АК6, АК8) отличаются от дуралюминов повышенным содержанием кремния и более высокой пластич-

ностью в горячем состоянии.

Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости сис- темы Al–Mg–Si (АВ, АД31, АД33, АД35) известны под названием авиаль (авиационный алюминий).

Высокопрочные сплавы системы Al–Zn–Mg–Cu (В95, В94) обладают высокой прочностью и пониженной пластичностью.

Свариваемые сплавы системы Al–Zn–Mg (1915, 1925 и др.) удовле- творительно свариваются аргонно-дуговой сваркой, обладают достаточной прочностью при комнатной и криогенных температурах, имеют высокую пластичность в горячем состоянии и удовлетворительную общую коррозион- ную стойкость.

Жаропрочные сплавы системы Al–Cu–Mg–Fe–Ni (АК4, АК4-1) по своей природе близки к дуралюминам, но вместо марганца дополнительно легированы железом и никелем, что способствует сохранению механических свойств при повышенных температурах. Они используются для деталей и сварных конструкций, работающих при температурах до 300 °С.

Все перечисленные сплавы упрочняются термической обработкой –

закалкой – с последующим искусственным или естественным старением.

Литейные сплавы

Область составов литейных сплавов обозначена буквой В на рис. 12.1. Большинство литейных сплавов являются доэвтектическими. В состоянии после литья они содержат две главные структурные составляющие – первич- ные кристаллы раствора на базе алюминия и эвтектику.

Силумины – сплавы системы Al–Si (АК12, АК13, АК9, АК8, АК7, АК21М2 и др.).

Для повышения прочности и особенно пластичности проводят моди- фицирование силумина (NaCl + NaF) – сотые доли процента натрия.

Сплав АК12 (АЛ2) является единственным промышленным силуми- ном, принадлежащим к двойной системе Al–Si. Для повышения прочности к двойным сплавам Al–Si добавляют магний и медь, образующие фазы упроч- нители Mg₂Si; CuAl₂ и др.

Сплавы системы Al–Si–Mg. Типичными представителями данной группы легированных силуминов является сплав АК7. В литом состоянии структура сплава содержит две главные структурные составляющие: первичные кристаллы a-раствора кремния и магния в алюминии и эвтектику (a + Si). Си- линид магния входит в состав тройной эвтектики (a + Si + Mg₂Si) (рис. 12.2),

количество которой мало из-за небольшого содержания магния в сплаве. Эту эвтектику легко опознать по черным сколотым кристаллам Mg₂Si.

Рис. 12.2. Диаграмма состояния системы Al–Si

Сплавы системы Al–Mg – литейные магналии (АМг4К1,5М, АМг5К, АМг10). Главным представителем литейных магналиев является сплав АМг10, который находится левее точки предельной растворимости магния в алюминии.

В литом состоянии структура сплава состоит из первичных кристал- лов a магния в алюминии и вырожденной эвтектики a + b (Al₃Mg₂), образо- вавшейся в результате неравновесной кристаллизации и снижающей корро- зионную стойкость под напряжением. Для улучшения свойств сплава произ- водят гомогенизационный отжиг (12–20 ч) при температуре закалки (410–420

°С), в результате которого вырожденная эвтектика и избыточная фаза рас- творяются в a-растворе. После старения снижается пластичность и коррози- онная стойкость. Поэтому сплав АЛ8 подвергают только закалке в масле.

Сплавы системы Al–Cu. Одним из представителей данной группы яв- ляется сплав АМ5. Применяется он для неответственного литья из-за низких литейных свойств. Основной структурной составляющей сплава является

a-раствор меди в алюминии. В литом сплаве по границам дендритных ячеек

a-раствора находятся вытянутые светлые включения CuAl₂ из неравновесной эвтектики.

К сплаву применяют упрочняющую термическую обработку – закалку с 545 °С и искусственное старение. q-фаза (CuAl₂) является упрочняющей.

Сплавы системы Al–Si–Cu–Mg. Одним из представителей группы яв- ляется сплав АК8М3 (ВАЛ8). Буква «В» означает «вторичный», т. е. полу- чаемый переплавкой лома алюминиевых сплавов. Он относится к высоко- прочным литейным сплавам. В литом состоянии структура состоит из пер- вичных кристаллов a-раствора меди, магния, кремния в алюминии, эвтекти- ки (a + Si) и светлых вытянутых кристаллов q (CuAl₂).

Порядок выполнения работы

Для проведения работы группа студентов (2–3 человека) получает комплект готовых образцов, деформируемых и литейных алюминиевых сплавов после различных видов термической обработки.

1. Исследовать структуру каждого образца следующим образом:

а) визуально изучить протравленный шлиф с целью выявления строе- ния в состоянии поставки;

б) изучить строение сплавов, зарисовать микроструктуры и иденти- фицировать структурные составляющие;

в) зарисовать структуры в кружки диаметром 40 мм. Подписать на- именование всех структурных составляющих за пределами кружка и соеди- нить их стрелками с соответствующими частями рисунка.

2. Пользуясь табл. 12.1, определить по характеру микроструктуры, ка- кой термической обработке подвергался каждый образец, сделать подпись под каждым рисунком

3. В характеристике механических свойств указать, в каком направле- нии (повышение, понижение) меняются твердость, прочность, пластичность) в зависимости от легирующего элемента и термической обработки.

Таблица 12.1

Химический состав, механические свойства и области применения алюминиевых сплавов

Марка сплава

Химический состав, %

Режимы термооб- работки

Механические свойства

Области применения

s_в, кгс/мм²

(10⁷, Н/м²)

δ, %

НВ, кгс/мм²

(10⁷, Н/м²)

АВ

0,45–0,9 Mg

0,15–0,35 Мn

0,1–0,5 Сu

Т1

30 (29,3)

95 (93,2)

Листы, плиты, профили, трубы, прутки, поковки

Д16

3,8–4,9 Сu

1,2–1,8 Mg

0,3–1,9 Мn

Т1

45 (44,2)

105 (103)

Листы, плиты, профили, прутки,

трубы

В95

5,0–7,0 Zn

1,8–2,8 Mg

1,4–2,0 Сu

Т6

56 (54,9)

150 (147,1)

Листы, плиты, профили, трубы

АК12

10,0–13,0 Si

–

Малонагружен-

ные детали слож- ной формы

Порядок выполнения работы

Окончание табллицы 12.1

АМ5

4,5–5,3 Сu

Т4

20 (19,6)

60 (58,7)

Детали с повышен- ной прочностью и

пластичностью

АМг10

9,5–11,5 Mg

Т4

29 (28,3)

60 (58,7)

Детали повышен- ной прочности и коррозионной стой-

кости

АК7

6,0–8,0 Si

0,2–0,4 Mn

Т4

50 (49,0)

Тонкостенные дета- ли сложной формы с повышенной пла- стичностью и кор- розионной стойко- стью

АК5М7

5,0–8,0 Сu

4,0–6,0 Si

0,2–0,5 Mg

Т6

–

80 (78,5)

Поршни автотрак- торных двигателей, нагревающиеся до

250 °С

Примечание. Режимы термообработки, соответственно: Т1 – искусственное старение подкаленных при литье деталей; Т2 – отжиг; ТЗ – закалка; Т4 – закалка и естественное старение; Т5 – закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение; Т6 – закал- ка и полное искусственное старение; Т7 – закалка и стабилизирующий отпуск; Т8 – закал- ка и смягчающий отпуск; Т9 – термомеханическая обработка.

Содержание отчета

Отчет о лабораторной работе должен включать:

1) зарисованные исследуемые структуры;

2) описание структуры представленных микрошлифов;

3) выводы о влиянии легирующих элементов на структуру и свойства алюминиевых сплавов;

4) ответы на вопросы в соответствии с индивидуальным заданием.

1. Для изготовления деталей самолета выбран сплав Д16. Описать способ упрочнения этого сплава, расшифровать его состав. Указать характе- ристики его механических свойств.

2. Указать состав, механические и технологические свойства силуми- нов, цель их модифицирования. Привести примеры маркировки силуминов.

3. Изложить основы теории термической обработки алюминиевых сплавов в применении к промышленному сплаву типа дуралюмин.

4. Для изготовления деталей самолета выбран сплав Д19. Расшифро- вать состав, описать способ его упрочнения и указать характеристики его ме- ханических свойств.

5. Для изготовления деталей самолета выбран сплав АМг3. Расшиф- ровать состав, указать механические свойства сплава. Описать, каким спосо- бом производится упрочнение этого сплава.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры